Динамическое управление процессом аддитивного формообразования с применением 5-координатного технологического оборудования

Цель исследования. Исследование посвящено изучению вопросов точности формирования поверхностного слоя изделий машиностроения аддитивными методами. Проведен анализ преимуществ и недостатков технологий послойного синтеза изделий. Выявлено, что при аддитивном формообразовании точностные характеристики поверхностного слоя существенно отличаются от точностных характеристик поверхностного слоя изделий, полученных традиционными методами.   

Методы. Формообразование поверхностей деталей сложного профиля аддитивными методами характеризуется высокими значениями величины статической составляющей погрешности обработки - погрешности формообразования (аппроксимации). Проведен анализ отечественных и зарубежных трудов по теме исследований. Предложено для повышения точностных характеристик сложных поверхностей изделий, получаемых аддитивными методами, осуществлять динамическую пространственную ориентацию конечного элемента формообразующей системы аддитивного оборудования. Для управления пространственной ориентацией конечного элемента формообразующей системы предложено примене-ние 5-координатного технологического оборудования. Разработана методика расчета управляемых параметров 5-координатного технологического оборудования, при которых будет обеспечена простран-ственная ориентация конечного элемента формообразующей системы по нормали в точке номинальной поверхности формообразуемой детали.   

Результаты. Произведен расчет управляемых параметров 5-координатного технологического оборудования при формообразовании полусферической поверхности аддитивными методами. В результате математического моделирования получены графические зависимости, отражающие величину углов наклона рабочего стола 5-координатного технологического оборудования, а так же поворота платформы с деталью при формообразовании полусферической поверхности детали аддитивными методами.   

Заключение. Предлагаемая методика позволит осуществить динамическую пространственную ориентацию конечного элемента формообразующей системы аддитивного оборудования, что позволит снизить величину погрешности формообразования (аппроксимации) сложнопрофильных поверхностей деталей при их формообразовании аддитивными методами.   

аддитивные технологии, послойный синтез, формообразование, погрешность

1. Burns M. Automated Fabrication: Improving Productivity in Manufacturing. Englewood Cliffs, N.J., USA: PTR Prentice Hall, 1993. 369 pp.

2. Сапрыкин А.А. Повышение производительности процесса селективного лазерного спекания при изготовлении прототипов: дис... канд. техн. наук. Юрга: Томский политехнический университет, 2006.

3. Проектирование металлорежущих станков и станочных систем: справочник-учебник: в 3 т. Т. 1. Проектирование станков / А.С. Проников, О.И. Аверьянов, Ю.С. Аполлонов [и др.]; под общ. ред. А.С. Проникова. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана: Машиностроение, 1994. 444 с.

4. Kuts V.V., Razumov M.S., Grechukhin A.N., Bychkova N.A. Improving the quality of addi-tive methods for forming the surfaces of odd-shaped parts with the application of parallel kinematics mechanisms // International Journal of Applied Engineering Research. 2016. Vol. 11. № 24. P. 11832-11835.

5. Трансфер аддитивных технологий: промышленность Курской области / Л.М. Червяков, Н.А. Бычкова, Н.В. Елисеева [и др.].Курск, 2016. 168 с.

6. Доброскок В.Л., Абдурайимов Л.Н., Чернышов С.И. Рациональная ориентация изделий при их послойном формообразовании на базе исходной триангуляционной 3d модели // Ученые записки Крымского инженерно-педагогического университета. 2010. № 24. С. 13-21.

7. Optimum part deposition orientation in stereolithography / S. K. Singhal, A. P. Pandey, P. M. Pandey, A. K. Nagpal // Computer-Aided Design & Applications. 2005. Vol. 2. N. 1–4. P. 319–328.

8. Hong S. Byun, Kwan H. Lee Determination of optimal build direction in rapid prototyping with variable slicing // Int. J. Adv. Manuf. Technol. 2006. №. 28. P. 307–313.

9. Hong S. Byun, Kwan H. Lee Optimal part orientation of rapid prototyping using a genetic algorithm // Computers & Industrial Engineering. 2004. P. 426–431.

10. Hur J., Lee K. The development of a CAD environment to determine the preferred build-up direction for layered manufacturing // Int. J. Adv. Manuf. Technol. 1998. №. 14. P. 247–254.

11. Kim J. Y., Lee K., Park J.C. Determination of optimal part orientation in stereolitho-graphic rapid prototyping // Technical Report, Department of Mechanical Design and Production Engineering. Seoul, Seoul National University Publ.. 1994.

12. Lan P.T., Chou S. Y., Chent L. L., Gemmill D. Determining fabrication orientations for rapid prototyping with stereolithography apparatus // Computer- Aided Design. 1997. Vol. 29. № 1. P. 53– 62.

13. Massod S. H., Rattanawong W., Iovenitti P. A generic algorithm for part orientation system for complex parts in rapid prototyping // J. Mater. Process. Technol. 2003. Vol. 139. № 1–3. P. 110–116

14. Masood S. H., Rattanawong W. A generic part orientation system based on volumetric error in rapid prototyping // Int. J. Adv. Manuf. Technol. 2002. № 19. P. 209–216.

15. Егоров И. Н. Позиционно-силовое управление робототехническими и мехатронными устройствами. Владимир, 2010.

16. Лашнев С.И., Борисов А.Н., Емельянов С.Г. Геометрическая теория формирования поверхностей режущими инструментами. Курск, 1997. 391с.

17. Емельянов С.Г. Разработка теории, методов и средств формирования поверхностей сборными металлорежущими инструментами на основе системного моделирования процесса их проектирования: дис. ... д-ра техн. наук. М., 2001. 407 с.

18. Куц В.В. Методология предпроектных исследований специализированных металлорежущих систем: дис. ... д-ра техн. наук. Курск, 2012. 366 с.

19. Куц В.В., Пономарев В.В. Построение модели формообразования длинных валов с РК - профилем сборной дисковой фрезой // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. 2017. № 2 (322). С. 110-115.

20. Определение погрешности формы детали при формообразовании планетарным механизмом методами геометрической теории резания / В.А. Гречишников, В.В. Куц, М.С. Разумов [и др.] // СТИН. 2017. № 4. С. 24-26.

21. Grechishnikov V.A., Romanov V.B., Pivkin P.M., Kuts V.V., Razumov M.S., Grechukhin A.N., Yurasov S.Y. Errors in shaping by a planetary mechanism // Russian Engineering Research. 2017. Vol. 37. № 9. P. 824-826.

22. Высокоточный промышленный 6-координатный робот. URL: //video.phim22.com/n535u234a405i3w5m5b3x5.html (дата обращения: 20.05.2018).

23. Повышение точности аддитивных методов формообразования / А.Н. Гречухин, В.В. Куц, М.С. Разумов, А.А. Троян // Инновации, качество и сервис в технике и технологиях: материалы международной научно-практической конференции. Курск, 2018. С. 128-131.

24. Гречухин А.Н., Куц В.В., Разумов М.С. Управление пространственной ориентацией узлов робота в процессе аддитивного формообразования изделий // Вестник Воронежского государственного технического университета. 2018. Т. 14. № 4. С. 122-129.

25. Гречухин А.Н., Куц В.В., Разумов М.С. Экспериментальное определение параметров поперечного сечения единичного слоя при аддитивном формообразовании изделий // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2018. № 10. С. 264-270.

26. Grechukhin A.N., Anikutin I.S., Byshkin A.S. Management of space orientation of the end effector of generation of geometry system fiveaxis manufacturing machinery for additive generation of geometry // MATEC Web of Conferences.Volume 226, 7 November 2018, Номер статьи 0100214th International Scientific-Technical Conference "Dynamic of Technical Sys-tems", DTS 2018; Don State Technical University. Rostov-on-Don; Russian Federation; 12 September 2018 до 14 September 2018; Код 141842.

27. Grechukhin A.N., Kuts V.V., Razumov M.S. Ways to reduce the error of additive methods of forming // MATEC Web of Conferences. Volume 226, 7 November 2018, Номер статьи 0100214th International Scientific-Technical Conference "Dynamic of Technical Sys-tems", DTS 2018; Don State Technical University. Rostov-on-Don; Russian Federation; 12 Sep-tember 2018 до 14 September 2018; Код 141842.

28. Grechukhin A.N., Kudelina D.V., Razumov M.S. Development of information-analytical system for technological requests monitoring, taking intoaccount regional specifics. International Conference on Actual Issues of Mechanical Engineering. Том 157. С. 198-202.